项目简介

服务器端基于Linux 平台、C/C++语言；客户端采用PHP 实现；爬虫采用Python 实现。

该项目是一个用于网页查询的轻量级搜索引擎。实现了从爬取网页，处理网页，显示结果等整个搜索引擎的流程。该项目分为三个阶段：线下阶段，线上阶段，优化阶段。线下部分使用tinyxml2解析爬取的网页，以此建立网页库，网页偏移库；再使用cppjieba分词库，TopK算法生成指纹信息作为去重标准并生成新的网页库与网页偏移库，去重后通过TF-IDF算法建立倒排索引库。线上部分则使用EchoLib框架搭建服务器，客户端发送查询词后，服务器计算文本特征并建立VSM模型，并使用余弦相似度算法匹配网页，将匹配的网页通过余弦值排序后使用jsoncpp封装后发送。优化部分则使用mysql作为网页存储的数据库，redis作为Cache缓存，log4cpp添加日志系统。

项目详细流程

该项目主要分为三个阶段：线下阶段，线上阶段，优化阶段。

• 线下阶段

1. 首先使用tinyxml2解析python爬取的网页，将爬取的网页进行进行解析之后放入内存，再将内存中的网页整理格式之后，输出到磁盘，这也就时创建 网页库 与 网页偏移库 的过程。

2. 读取网页库与网页偏移库，使用 cppjieba库 对文章进行分词，再使用 TopK算法 计算出每一篇文章最高频的k个单词，以这k个单词作为该文章的 指纹信息， 这样可以达到对文章去重的效果。根据去重之后的 文章，建立 新的网页库 与 新的网页偏移库。

3. 使用 TF-IDF 算法建立 倒排索引库。

补充：

1. TF-IDF算法

该算法实质上是一种计算权值的算法，主要用于计算出每一个词在每一篇文章中所占的权值，也可以理解成某个单词在某个文章中的重要程度。

举例： 有很多不同的数学公式可以用来计算TF-IDF。这边的例子以上述的数学公式来计算。词频 (TF) 是一词语出现的次数除以该文件的总词语数。假如一篇文件的总词语数是100个，而词语“母牛”出现了3次，那么“母牛”一词在该文件中的词频就是3/100=0.03。一个计算文件频率 (IDF) 的方法是文件集里包含的文件总数除以测定有多少份文件出现过“母牛”一词。所以，如果“母牛”一词在1,000份文件出现过，而文件总数是10,000,000份的话，其逆向文件频率就是 lg(10,000,000 / 1,000)=4。最后的TF-IDF的分数为0.03 * 4=0.12。

计算过程较为复杂，详细可参考： 百度百科：TF-IDF算法

2. 倒排索引

倒排索引是通过属性值来查找记录。通常我们使用索引，是通过记录来查找属性，但是这样显然效率太低；于是倒排索引的出现帮助我们解决了效率的问题，因为它可以通过属性值找到对应的记录。

项目中建立的倒排索引：

unordered_map<string, vector<pair<int, double>>> _invertIndexTable; //倒排索引 <单词，<所在文档ID, 单词权重>>

百度百科：倒排索引

• 线上阶段

采用EchoLib并发服务器框架，此时假设客户端发送查找 如何成为大师级程序员 相关的网页。

服务器的处理流程如下：

1. 将客户端发送的查询语句看成一篇文章，通过TF-IDF算法计算出各个单词在该篇文章中的权重。

2. 通过倒排索引，查找出所有匹配的网页。这里的匹配代表着该网页中包含客户端查询词中的所有关键词。

3. 使用 余弦相似度算法 计算出每一篇网页对应查询语句的余弦相似度，根据余弦相似度大小对网页进行排序。

4. 为每一篇网页都形成摘要。

5. 将文章封装成json字符串返回给客户端。

6. 客户端解析json字符串并显示。

• 优化阶段

1. 使用mysql数据库来存储网页。

2. 使用redis来作为缓存cache。

3. log4cpp记录日志文件。

Demo展示

同时，在VScode的后台也记录了查询词，并且将其记录到了日志文件中，方便查看。

架构图

技术亮点

离线版本

1. 建立网页库与网页偏移库 技术亮点：开源库tinyxml2(DFS遍历节点), 正则表达式，文件流字符串流操作, Unix目录操作，单例模式(饿汉)
2. 网页去重 技术亮点: 开源库cppjieba分词，set停词集合，TopK算法(判断网页重复)
3. 建立倒排索引 技术亮点：unordered_map倒排哈希表，TF-IDF算法(计算权重)

在线部分

1. 搭建线程池框架 技术亮点：基于对象线程池设计，Posix线程类，互斥锁，条件变量，任务队列，自动加解锁类，子线程安全退出机制，回调函数， 智能指针unique_ptr
2. 搭建服务器框架 技术亮点：基于对象服务器设计，回调函数，socket网络编程，IO多路复用epoll，eventfd(IO线程与计算线程分离)，客户端安全退出机制 ，智能指针shared_ptr （前两步框架可直接使用博主的开源项目 MirrorLib）
3. 搭建搜索引擎框架 技术亮点：文件流字符串流操作，TF-IDF算法，开源库log4cpp记录日志，余弦相似度算法，开源库jsoncpp

优化功能

1. 使用mysql作为网页存储的数据库
2. 使用redis作为Cache缓存

算法详解

如果对于上述算法感觉不是很理解，可以看看这一篇文章： 基于 K-means 算法实现的文本聚类（干货）